Воздействие проникающей радиации на материалы и функционирование систем космических аппаратов

Материалы лекции № ІІІ.7.

Воздействие проникающей радиации на материалы и функционирование систем космических аппаратов.

*****

Радиационные воздействия. Воздействие протонов солнечного ветра на поверхность материалов. Взаимодействие проникающей радиации с веществом. Воздействие ионизирующих излучений на металлы и сплавы. Воздействие ионизирующих излучений на диэлектрические материалы. Воздействие ионизирующих излучений на полупроводниковые материалы. Радиационная стойкость электронных и оптических приборов и материалов. Влияние облучения на эксплуатационные характеристики солнечных батарей. Воздействие тяжелых частиц ионизирующих излучений на элементы бортовых вычислительных машин.

Приложения к материалам лекции: Эффекты, вызываемые дефектами смещения в кремниевых приборах.

*****

ІІІ.7.1. Радиационные воздействия.

Радиационное воздействие на космический аппарат - это влияние космического излучения, включающего потоки протонов и электронов радиационных поясов Земли, их тормозное излучение, потоки частиц (главным образом протонов) высоких энергий солнечного космического излучения и солнечного ветра, а также галактического космического излучения, на работоспособность КА и его систем. (Параметры основных естественных потоков ионизирующих излучений в околоземном космическом пространстве приведены в таблице ІІІ.7.1.)

К радиационному воздействию на КА относится также воздействие нейтронного и γ-излучения от изотопного генератора, изотопной энергетической установки или ядерной энергетической установки, если они размещены на КА.

При длительной эксплуатации КА в космосе радиационное воздействие приводит к таким нежелательным последствиям, как:

Ø снижение мощности и кпд солнечных батарей (СБ.) из-за возникновения радиационных дефектов в кристаллах полупроводников. Мощность кремниевых СБ, не защищённых от радиационного воздействия, иногда снижается на 20…30% за 6 месяцев работы на орбите ИСЗ, а С Б, защищённых прозрачным кварцевым покрытием, как правило, лишь на 6…7% в год.

Ø снижение эффективности излучательных поверхностей системы терморегулирования или энергетической установки системы энергопитания КА из-за ухудшения параметров покрытий и изменения их селективных свойств. Радиационное воздействие на излучательные поверхности КА приводит, прежде всего, к увеличению коэффициента поглощения солнечного излучения терморегулирующих покрытий от 0,15…0,2 в начале до 0,3…0,5 после нескольких месяцев работы в космосе. Это должно компенсироваться соответствующим увеличением площади излучательных поверхностей КА.

Ø снижение коэффициента отражения зеркальных покрытий, например, концентратора солнечной энергии, на 10…20% в зависимости от уровня мощности радиации.

Ø охрупчивание и разрушение тонких органических плёнок и разрушение изоляции электрических и электронных систем из-за нарушения внутренних связей в полимерных цепочках, и т. д.

При интенсивности радиационного воздействия свыше 13…25 мКл/(кг_*ч) даже в течение короткого времени может частично или полностью выйти из строя радиоэлектронная аппаратура КА.

Большие интегральные дозы радиации (свыше 0,1…0,25 Дж/кг) являются опасными для здоровья космонавтов.

Поэтому при проектировании КА учитывают наличие радиационного воздействия и обеспечивают длительную работоспособность систем КА, применяя в случае необходимости приборную радиационную защиту, а для пилотируемых КА предусматривают также биологическую радиационную защиту для обеспечения безопасности